基于單片機(jī)的水溫控制系統(tǒng)

賀廉云

摘 要：系統(tǒng)采用數(shù)字式DS18B20作為溫度傳感器，由單片機(jī)電路、溫度采集電路、鍵盤電路、LED顯示電路等構(gòu)成系統(tǒng)的硬件部分，并給出了軟件系統(tǒng)框圖，可通過軟件編程實(shí)現(xiàn)控制算法。單片機(jī)通過溫度傳感器對水溫進(jìn)行檢測與預(yù)警，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對水溫的控制。該系統(tǒng)集數(shù)據(jù)采集、顯示、控制、處理于一體。系統(tǒng)簡易實(shí)用，可靠性強(qiáng)，拓展方便。

關(guān)鍵詞：水溫控制；AT89S52 ；DS18B20

中圖分類號(hào)：TP391.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A 文章編號(hào)：2095-2163（2015）05-

Temperature Control System based on MCU

HE Lianyun

（Department of Mechanical and Electronic Engineering， Dezhou University， Dezhou Shandong 253023， China）

Abstract： This system uses the digital temperature sensor DS18B20 as a temperature sensor， The system hardware is composed of MCU circuit， temperature measurement circuit， keyboard circuit， LED display circuit. Based on the aboved， the software system block diagram is also given， andcontrol algorithm can be realized through software programming. SCM system could detect and warn the water temperature by the temperature sensor so as to realize the temperature control. The system is a set of application equipment with integration of data collection， display， control， processing. The system is simple and practical， reliability and easy to expand.

Key Words： Water Temperature Control； AT89S52； DS18B20

0 引 言

在日常生活及工業(yè)領(lǐng)域中，對水溫進(jìn)行監(jiān)測、顯示、控制等隨處可見。由于電子行業(yè)的迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳感器技術(shù)的不斷改進(jìn)，用現(xiàn)代技術(shù)來實(shí)現(xiàn)水溫控制并提高控制精確度已具備了足夠的現(xiàn)實(shí)可能性及可行性，溫度控制系統(tǒng)的研發(fā)已經(jīng)開始呈現(xiàn)出智能化、數(shù)字化的潮流趨勢?；诖耍疚募瘁槍@一課題方向展開研究設(shè)計(jì)，具體論述如下。

1 系統(tǒng)控制方案設(shè)計(jì)

此次設(shè)計(jì)采用AT89S52單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，這款單片機(jī)軟件編程較為自由，可實(shí)現(xiàn)各種控制算法和邏輯控制。采用DS18B20溫度傳感器，其溫度值可以被直接讀出。

首先利用鍵盤輸入設(shè)定溫度，并將該溫度值保存至AT89S52單片機(jī)的指定單元中，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，溫度傳感器DS18B20會(huì)采集溫度信號(hào)，通過采樣值與設(shè)定值之間的比較運(yùn)算整合得到控制量，而后對繼電器觸發(fā)端的通斷進(jìn)行調(diào)節(jié)，這樣水溫將會(huì)控制并維持在一定的范圍內(nèi)。蜂鳴器的作用即是當(dāng)采樣水溫超出單片機(jī)預(yù)存溫度時(shí)執(zhí)行報(bào)警。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)電路

AT89S52單片機(jī)是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器。采用了Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)，與工業(yè)上常用的80C51產(chǎn)品在指令和引腳上均提供有良好兼容性[1]，在嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中頗受關(guān)注與青睞。 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路如圖2所示[2]。

2.2 溫度檢測電路

系統(tǒng)中的溫度傳感器為DS18B20單總線數(shù)字溫度計(jì)，測溫范圍為-55～+125℃，-10～+85℃之間精度為±0.5℃[3]。溫度檢測電路如圖3所示。

2.3 LED顯示電路

LED數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管，通過對各獨(dú)立不同的管腳輸入相對的電流，會(huì)使其發(fā)亮，從而顯示出數(shù)字。在本設(shè)計(jì)中采用了四位八段數(shù)碼管，而且可顯示小數(shù)點(diǎn)，具體是利用動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)來顯示溫度的值[4]。數(shù)碼管顯示電路如圖4所示。

2.4 報(bào)警電路

計(jì)算機(jī)把采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理之后，與系統(tǒng)設(shè)定的參數(shù)值比較。高出1度則進(jìn)行報(bào)警，否則為正常值，然后進(jìn)行顯示和控制。該設(shè)計(jì)中，如果水箱內(nèi)的溫度超出最高設(shè)定的溫度范圍，P1.4輸出低電平，這時(shí)晶體管導(dǎo)通，壓電蜂鳴器獲得約+5V電壓，報(bào)警。并且，單片機(jī)的P1.1輸出低電平，紅色指示燈亮；當(dāng)?shù)陀谠O(shè)定的最高溫度時(shí)，P1.4輸出高電平，三極管截止，蜂鳴器不工作，P1.1則輸出高電平，紅色指示燈滅[5]。報(bào)警電路如圖5所示。

2.5 繼電器控制電路[6]

該設(shè)計(jì)中通過操縱P10的高低電平來控制繼電器的斷開與閉合，加熱器由繼電器控制，連接220V電源，執(zhí)行是否對水加熱動(dòng)作。如果水箱內(nèi)的溫度低于設(shè)置數(shù)1度時(shí)，P10口為低電平，這時(shí)三極管導(dǎo)通，控制繼電器執(zhí)行加熱，綠燈亮。否則P10為高電平，這時(shí)三極管截止，繼電器斷開，加熱結(jié)束，綠燈滅。繼電器控制電路如圖6所示。

2.6總體電路圖

單片機(jī)與各模塊之間的連接關(guān)系如圖7所示。其中，P0口連接LED顯示器，P3.4連接溫度傳感器，P3.2連接按鍵開關(guān)S1。

3 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)流程如圖8所示。

4 結(jié)束語

基于單片機(jī)的水溫控制系統(tǒng)包括硬件組成和軟件設(shè)計(jì)。硬件核心是單片機(jī)AT89S52，通過DS18B20溫度傳感器采集溫度，將采集到的數(shù)字溫度信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)處理，得出溫度值，傳輸?shù)絃ED顯示器顯示出來；系統(tǒng)需要通過按鍵設(shè)置調(diào)節(jié)控制水溫的上下限設(shè)定。如果采集的數(shù)據(jù)超過了設(shè)定的上下限值，系統(tǒng)會(huì)做出報(bào)警行為。軟件設(shè)計(jì)方面首先確定整體的框架和思路，給出了軟件系統(tǒng)框圖。

系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對水溫的實(shí)時(shí)監(jiān)控，能夠滿足不同用戶的水溫要求。系統(tǒng)操作簡單，可擴(kuò)展性良好，并可在其基礎(chǔ)上增加其他使用功能，因而可以理想、高效地滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和生活的需要。

參考文獻(xiàn)：

[1]張迎新，等.單片機(jī)初級(jí)教程[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006.

[2]全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽組委會(huì).全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽獲獎(jiǎng)作品選編（第一屆-第五屆）[M].北京： 北京理工大學(xué)出版社，2004.

[3]周立功，等.增強(qiáng)型80C51單片機(jī)速成與實(shí)戰(zhàn)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003.

[4]李小堅(jiān)，趙山林，馮曉軍，等.Protel DXP電路設(shè)計(jì)與制版實(shí)用教程 [M]（第二版）.北京：人民郵電出版社，2009.

[5]姜威.實(shí)用電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2004.

[6]李海濱，片春媛，許瑞雪.單片機(jī)技術(shù)課程設(shè)計(jì)與項(xiàng)目實(shí)例[M].北京：中國電力出版社，2009.